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发表于 2012-7-7 20:42:58
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来自: 中国浙江温州
(接上期)
/ j3 ~) N7 e, }# G& ?+ q九.球状碳化物合金材料" d d( [8 f& e
——具有高韧性、高耐磨性的金属材料
$ d/ }3 R3 r: ~ x: d' Z建筑、电力、炼铁、水泥等行业使用的机械和装置,为了提高其耐久性多使用耐磨材料。此类耐磨材料的硬度愈高,耐磨性就愈好,过去多用白口铁和高铬铸铁,金属基体中有Fe—C系和Cr—C系高硬度碳化物析出。但是,提高耐磨性的碳化物非常硬,因而有其脆的负面特性。在金属基析出的碳化物也表现为网状和片状,这种材料其本质都是脆性材料,有冲击性能差的缺点。因而要开发耐磨性和韧性兼备的新材料。
+ S" ~9 T( ?" T; N7 ^铸造工程中,对Fe—C—V系列或Fe—C—V—Si系的合金组成,适当加以控制,金属的基体中析出球状细小的(3—8μm)含V碳化物,可大幅度改善以前金属基体中所见到的碳化物。改善了由于片状和网状碳化物引起的应力集中所产生的脆性。此外,含V碳化物(VC)的硬度也比原来碳化物高(威氏显微硬度计硬度约为2700),耐磨性也更好。+ y. @' o4 f2 O- |" |8 a p
这种金属基体可按要求而制出。其耐磨性可以和铸态马氏体基体的高铬铸铁相当,而韧性可以高于高铬铸铁。基体组织以贝氏体为主时,铸态的冲击韧度可达到20J/CM2以上。
3 S1 y9 x/ p& b5 |) v十.建筑结构用高强度高韧性铸钢材料
/ j& x# |" n1 f6 W, `( Z建筑结构的柱、梁结合部位,通常用焊接结构。为了减少焊接工时,缩短工期,提高机能和设计水平,接口部位多采用铸钢件。近来,对这种铸钢接口部件的性能和轻量化要求日益严格,特别是阪神地震后,不仅要求强度,也要求有好的韧性。因而研究开发了韧性强度都好的铸钢材料。6 u, g, F# \, F; h) T- n7 Q% c6 R
要兼有高强度和高韧性,对材质的化学成分,热处理条件都必须重新进行研讨。如表1所示,建筑件用钢的力学性能与JIS焊接结构用铸钢件标准制定值相比,不仅0.2%屈服强度和抗拉伸强度高,0℃下的夏氏冲击值也是标准规定值的三倍以上。这可能是从建筑结构的安全性着眼的。
* ?: |& G' M- y D为了保证表1中的要求性能,选定的化学成分见表2。铸件应经切割、淬火和回火。淬火时的冷却速度应不低于90℃/min。回火后取样测定力学性能。
$ ]' P: h8 r$ P3 v% Z4 Z此材料已用于超大结构的柱梁结合部铸钢件,重6.9吨的中空结构,基本壁厚为100mm。要使冷却速度为90℃/min,必须水淬。
9 f' G5 k. ~! L$ n; l$ f表1 SCW620材料的力学性能的标准值和建筑用部件的要求值。' `/ o/ X4 o8 I% E' H
材料 0.2%屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 伸长率(%) 夏氏冲击值(0℃)(J)4 K& q9 d; O# t* g3 f0 k7 g8 Z q8 b
JISG5102标准 ≧430 ≧620 ≧17 ≧27! a+ _6 z+ R/ ~$ ]! w* X' ]
要求 ≧441 ≧637 ≧17 ≧47(min) ≧94(Ave)2 T& N; L3 D( W+ L) _! S' }
表2 试验材料的化学成分范围(质量%)
5 z8 G* k2 U% I: U% D7 s: \C Si Mn P S Ni Ca Mo V 碳当量 PCM# f6 _1 z3 J! h! K3 f9 e
0.4-0.16 0.25-0.5 0.8-1.25 0.005-0.006 0.004-0.006 1-2.1 0.1-0.4 0.15-0.25 0.09-0.11 ≦0.50 ≦0.30( b( E3 ^ b: f/ W
十一.兼有耐磨性和耐腐蚀性的不锈钢球状碳化物材料
; m0 M7 q7 L# m5 @* Z“延长寿命”是铸造等毛坯行业永远的课题。本公司以提高耐磨性、耐热性和耐蚀性为目标,成功地开发了一种新材料,在韧性和耐蚀性良好的不锈钢的基础上,加入了分散的含钒的碳化物。此种材料与其他加入粒子的复合材料不同,是和京都大学、京都的研究所共同研究的。钒元素与气体的亲和力强,经特殊的高速高温熔化,析出碳化物,分子间或晶界有高的结合力,从而提高了耐久性。不锈钢的耐蚀性好,但材质软,耐磨性低是其弱点。新材料以18—8不锈钢为基础,添加了多量的C和V,经过特殊的熔化处理,使含钒的碳化物球状化并均匀分布。不锈钢基体比较软,且有容让性。其中有维氏硬度高达1800-3000,粒度3-10μm的细陶瓷粒子存在。化学成分为3.0%C,8.0%Ni,18.0%C2,10%V。其力学性能比较如下( m9 U+ _2 c* L! h3 C" b7 `3 @! T9 l
材料 SUS304 球状碳化物材料 高Cr铸铁
' d! v2 B0 H% Z$ @2 t' C! L抗拉强度(MPa) ≧520 650-750 ≧490# \) g* o _0 ?( X
伸长率(%) ≧40 05 —
9 ]) Y& }: Z ~. G! O/ h硬度 Hs ≧30 42-47 ≧60
( p* Y* R. u3 \0 t, B, A8 _& T HRe ≧10 30-35 ≧45
8 d L( Q) N5 G% ~: c" E HB ≧187 280-320 ≧421
4 m! _7 X" u5 C2 x此两项材料用于兼有耐磨和耐蚀两种特性的泵类部件,特别是在条件苛刻的矿石泥浆,酸液泥浆、污泥泥浆等使用的泵的叶轮更为有效。7 ]9 M q0 q: c
矿石+浓硫酸 污泥泥浆
1 T& D0 Y3 s# n5 b* V N6 `% A0 R过去的产品 45日 1个月 c" }- a- r |1 I( m
新开发产品 100日 60个月2 V+ D$ I% f4 z$ b# C
还可用于特殊气体压缩机的缸筒,如盐、溴等气体,城市用天然气等也可应用。(现在用不锈钢经过电镀氮化等表面处理的)' D% f+ x3 ?) X
十二.半固态成形铝合金的制造技术
- G( ?+ j" [6 X* ~, G2 r, n4 Z传统的铝合金铸件,力学性能和耐压性方面的可靠性差。所以,一种高质量的成形方法——半固态成形法引人注目。这种方法的要点是将液体金属、固体金属与混合状态下(半熔融)制造铸件。可使铸件内部缺陷大幅度减少,从而提高耐压性和力学性能。这种方法要用经电磁搅拌等特殊方法制成的坯料。日前,日本制造厂所用的坯料是从国外进口的,在生产成本、稳定供应和余料的回收利用等方面都存在问题。
8 F! j5 M9 u; A+ F/ H% k自行研究开发的坯料的制造技术,以加工应变导入法为基础,经多项研究试验加以改进,确立在半熔融加热条件下使初生成为100um左右的均匀球状体的制造技术。其要点为:! x8 D0 q' a. w% ^0 t
1.为抑制制坯料中的初生?相的成长,控制凝固速度并确定化学成分。
# y5 T0 v$ a4 U0 J- G3 Z, u' ]2.加工应变时控制导入的速度和温度。% \3 [" F' `' V/ r5 m
3.加工应变的均衡导入技术。& K5 k. v* p7 X. l. L, g% t3 u
用这种方法制造出来的半固态成形用坯料,半熔融温度加热处理后微观组织均一。
6 Q, k0 Z- T' @. G! H9 N用几种坯料制成的轮毂,与原来的产品比较,在顶端与薄壁部位都有均一细微的微观组织。机械性质优良,完全达到了旋转弯曲试验技术标准的要求。
$ m! b- d3 o/ h8 t8 l% p十三.应用稀土元素制造薄壁,高强度铸铁件技术
' R! e+ m/ g" C% P+ {$ T* r柴油机缸体,缸盖的材质,一般为相当于FC250的片状石墨铸铁。近年来,由于需求高强度有采用蠕虫状石墨铸铁的倾向。但在生产效率和成本方面,用片状石墨铸铁是有利的,因而研究了片状石墨铸铁高强度化的可能性。
v, f# w2 O: c+ y; z为提高铸铁的强度,复合添加Cr、Mo、Cu是有效的,但也有增大白口倾向的问题。如同时还要使铸件薄壁化,会更加助长白口倾向。为防止白口倾向,在铁水中加入硫(S)和稀土(RE)是有效的。稀土硫化物是石墨结晶的基础,对石墨化有强有力的作用。
( x4 x% _& Y; v e: q! t1 z以缸盖为例,表1中列出了不同化学成分和孕育剂时的白口深度和抗拉伸强度。
: U+ R4 i% P& g表1. 化学成分和孕育剂* E; I7 T. ] _- q, H
成分条件 孕育剂 (目标)化学成分3 ~+ Y. `! A' ? [9 n9 @. B
CE值 C Si Mn S Cr Mo Cu Ce
* K, f2 [3 G& Z- k* q条件1 低合金系 石墨系 4.08 3.38 2.10 0.70 0.030 0.10 — 0.25 —" Q3 Y* w' Y" W( X6 L/ v- E% a
条件2 高合金系 石墨系 4.08 3.38 2.10 0.70 0.030 0.40 0.30 0.60 —
4 p6 Z- Z( i( k6 p) d3 n条件3 高合金系 RE+S 4.08 3.38 2.10 0.70 0.050 0.40 0.30 0.60 0.025
! T1 h' N, W+ ] ^1 l- R2 `条件4 高合金系+低CE RE+S 3.97 3.30 2.00 0.70 0.050 0.40 0.30 0.60 0.025
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